特許 6297146 クロック同期ノイズを避けるための可変周波数クロック回路を有するプロセス変数伝送器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6297146

(24)【登録日】2018年3月2日

(45)【発行日】2018年3月20日

(54)【発明の名称】クロック同期ノイズを避けるための可変周波数クロック回路を有するプロセス変数伝送器

(51)【国際特許分類】

   G01D 3/028 20060101AFI20180312BHJP

   G08C 19/02 20060101ALI20180312BHJP

   H03M 1/08 20060101ALI20180312BHJP

   G05B 19/042 20060101ALN20180312BHJP

【ＦＩ】

   G01D3/028 Z

   G08C19/02 A

   H03M1/08 A

   !G05B19/042

【請求項の数】26

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2016-523751(P2016-523751)

(86)(22)【出願日】2014年5月29日

(65)【公表番号】特表2016-531283(P2016-531283A)

(43)【公表日】2016年10月6日

(86)【国際出願番号】US2014039913

(87)【国際公開番号】WO2014209535

(87)【国際公開日】20141231

【審査請求日】2016年4月27日

(31)【優先権主張番号】13/930,165

(32)【優先日】2013年6月28日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】597115727

【氏名又は名称】ローズマウント インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100092772

【弁理士】

【氏名又は名称】阪本 清孝

(74)【代理人】

【識別番号】100119688

【弁理士】

【氏名又は名称】田邉 壽二

(72)【発明者】

【氏名】フラナガン，ピーター，ジェイ．

(72)【発明者】

【氏名】タイソン，デイヴィッド，ジー．

(72)【発明者】

【氏名】シュルツ，ジョン，ピー．

(72)【発明者】

【氏名】カラリョフ，ユージーン

【審査官】 榮永 雅夫

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１２−５２３７５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５０１１０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−０８８６０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００１−５０６７７８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｄ ３／００ − ０３６

Ｇ０８Ｃ １３／００ − ２５／０４

Ｈ０３Ｍ １／０８

Ｈ０３Ｍ １／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１のサンプリング周波数におけるサンプリングクロック信号を受け取り、前記第１のサンプリング周波数において、アナログのセンサ信号であって検知されたプロセス変数を示しているものをサンプリングし、当該サンプリングされたアナログのセンサ信号をデジタル信号へと変換する測定回路と、
前記デジタル信号を受け取り、前記検知されたプロセス変数を表す出力を与えるプロセッサと、を備え、さらに、
前記サンプリングクロック信号を受け取り、前記第１のサンプリング周波数において干渉信号をサンプリングし、当該干渉信号が干渉閾値の条件を満たす場合にトリガ信号を発生する高調波エネルギー検出器と、
前記トリガ信号を受け取り、当該トリガ信号に応答して、前記サンプリングクロック信号の周波数を前記第１のサンプリング周波数とは異なる代替サンプリング周波数へと変更する可変周波数クロック回路と、を備えることを特徴とするプロセス変数伝送器。

【請求項2】

前記可変周波数クロック回路が、前記サンプリングクロック信号の周波数を、前記代替サンプリング周波数であって前記第１のサンプリング周波数から閾値の周波数間隔だけ離れたものへと変更するよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載のプロセス変数伝送器。

【請求項3】

前記閾値の周波数間隔が前記第１のサンプリング周波数に対応する測定対象の狭帯域の幅（a narrow band of sensitivity）を超えていることを特徴とする請求項２に記載のプロセス変数伝送器。

【請求項4】

前記高調波エネルギー検出器が、前記サンプリングされた干渉信号が前記干渉閾値の条件を満たすか否かを、前記第１のサンプリング周波数から又は当該第１のサンプリング周波数の高調波周波数から、閾値範囲内にある周波数において判断するよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載のプロセス変数伝送器。

【請求項5】

前記高調波エネルギー検出器がさらに、
前記サンプリングされた干渉信号が閾値条件を満たすエネルギーレベルを、前記第１のサンプリング周波数の高調波周波数であって測定対象の狭帯域（a narrow band of sensitivity）内にある周波数において有する場合に、前記トリガ信号を発生するコンパレータを備えることを特徴とする請求項４に記載のプロセス変数伝送器。

【請求項6】

前記可変周波数クロック回路が、前記トリガ信号に応答して、前記サンプリングクロックの周波数を複数の代替サンプリング周波数のうちの１つに変更するよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載のプロセス変数伝送器。

【請求項7】

前記可変周波数クロック回路が、
電圧入力信号を受け取り、当該電圧入力信号の関数として発振器出力信号を与える電圧制御発振器であって、当該発振器出力信号から前記サンプリングクロック信号が生成されるという関係がある電圧制御発振器と、
一連のスイッチを有する抵抗器網であって、当該一連のスイッチが前記電圧入力信号の値を制御するように構成されている抵抗器網と、
前記トリガ信号を受け取り、前記一連のスイッチを制御して前記電圧入力信号を変化させる論理回路と、を備えることを特徴とする請求項１に記載のプロセス変数伝送器。

【請求項8】

前記プロセッサからの前記出力を受け取り、ループを制御して前記検知されたプロセス変数を示す情報を与えるようにする入力／出力（Ｉ／Ｏ）回路をさらに備える請求項１に記載のプロセス変数伝送器。

【請求項9】

前記ループが４−２０ｍＡプロセス制御ループを備えることを特徴とする請求項８に記載のプロセス変数伝送器。

【請求項10】

前記第１のサンプリング周波数においてサンプリングされる前記干渉信号は、前記アナログのセンサ信号であって検知されたプロセス変数を示しているものとは別のものとして、干渉を含んで得られるものであることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載のプロセス変数伝送器。

【請求項11】

前記第１のサンプリング周波数においてサンプリングされる前記干渉信号は、前記プロセス変数伝送器のハウジングから得られるものであることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載のプロセス変数伝送器。

【請求項12】

プロセス変数伝送器を制御する方法であって、
検知されたプロセス変数を示しているアナログのセンサ信号を第１のセンササンプリング周波数においてサンプリングすることと、
前記サンプリングされたセンサ信号をデジタル値へと変換することと、
プロセス制御ループに前記デジタル値を示す出力を与えることと、を備え、さらに、
前記第１のセンササンプリング周波数において干渉信号をサンプリングすることと、
前記サンプリングされた干渉信号が干渉閾値の条件を満たすことを判断することに応答して、前記第１のセンササンプリング周波数を、代替センササンプリング周波数であって前記第１のセンササンプリング周波数から異なるものへと変更することと、を備えることを特徴とする方法。

【請求項13】

前記第１のセンササンプリング周波数から前記代替センササンプリング周波数へと変更することが、
前記サンプリングされた干渉信号が干渉閾値の値を、前記第１のセンササンプリング周波数から又は当該第１のセンササンプリング周波数の高調波周波数から、閾値範囲内にある周波数において、超えているか否かを判断することを備えることを特徴とする請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記閾値範囲が、前記第１のセンササンプリング周波数に対応する測定対象の帯域（a band of sensitivity）にあることを特徴とする請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記第１のセンササンプリング周波数を変更することが、
前記第１のセンササンプリング周波数を、前記代替センササンプリング周波数であって、前記第１のセンササンプリング周波数から少なくとも最小距離だけ離れており、且つ、前記閾値範囲を超えているものへと変更することを備えることを特徴とする請求項１３に記載の方法。

【請求項16】

前記最小距離が前記閾値範囲にマージンを加えたものとして構成されていることを特徴とする請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記第１のセンササンプリング周波数を変更することが、
前記第１のセンササンプリング周波数を、複数の代替センササンプリング周波数のうちの一つへと変更することを備えることを特徴とする請求項１２に記載の方法。

【請求項18】

前記出力をプロセス制御ループへと与えることが、
前記出力を４−２０ｍＡプロセス制御ループへと与えることを備えることを特徴とする請求項１２に記載の方法。

【請求項19】

前記第１のセンササンプリング周波数においてサンプリングされる前記干渉信号は、前記検知されたプロセス変数を示しているアナログのセンサ信号とは別のものとして、干渉を含んで得られるものであることを特徴とする請求項１２ないし１８のいずれかに記載の方法。

【請求項20】

前記第１のセンササンプリング周波数においてサンプリングされる前記干渉信号は、前記プロセス変数伝送器のハウジングから得られるものであることを特徴とする請求項１２ないし１９のいずれかに記載の方法。

【請求項21】

サンプリングクロック信号を受け取り、第１のサンプリングクロック周波数においてアナログセンサ信号をサンプリングするサンプリング部と、
前記サンプリング部に接続されており、前記サンプリングされたアナログセンサ信号をデジタル値へと変換するアナログ・デジタルコンバータと、
前記デジタル値を示す出力信号を与えるプロセッサと、
干渉信号における干渉が前記出力信号において狭帯域誤差を発生させているか否かを検出し、当該発生させていることを検出した場合の応答として、干渉検出出力信号を与える干渉検出器と、
前記干渉検出出力信号を受け取り、前記第１のサンプリングクロック周波数を代替サンプリングクロック周波数へと変更する可変周波数クロック回路と、を備えることを特徴とするプロセス変数伝送器。

【請求項22】

前記可変周波数クロック回路が、前記第１のサンプリングクロック周波数を、複数の異なる代替サンプリングクロック周波数のうちの一つへと変更することを特徴とする請求項２１に記載のプロセス変数伝送器。

【請求項23】

前記干渉検出器が干渉サンプリング部を備え、
前記干渉検出器が、当該干渉サンプリング部によって前記干渉信号をサンプリングすることで、前記干渉が前記狭帯域誤差を、前記サンプリング部が前記アナログセンサ信号をサンプリングする際の周波数と同じ周波数において発生させているか否かを検出することを特徴とする請求項２１に記載のプロセス変数伝送器。

【請求項24】

前記干渉サンプリング部が、前記サンプリングクロック信号を用いて前記干渉信号をサンプリングすることを特徴とする請求項２３に記載のプロセス変数伝送器。

【請求項25】

前記干渉信号は、前記アナログセンサ信号とは別のものとして、干渉を含んで得られるものであることを特徴とする請求項２１ないし２４のいずれかに記載のプロセス変数伝送器。

【請求項26】

前記干渉信号は、前記プロセス変数伝送器のハウジングから得られるものであることを特徴とする請求項２１ないし２５のいずれかに記載のプロセス変数伝送器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プロセス制御・監視システムで用いられるプロセス変数伝送器に関する。より詳細には本発明は、クロック同期ノイズを避けるためにクロック周波数を変化させることに関する。

【背景技術】

【0002】

プロセス変数伝送器はプロセス制御・監視システムにおいてプロセスのパラメータを測定するのに用いられている。よくあるマイクロプロセッサベースの伝送器は、センサと、当該センサからの出力をデジタル形式に変換するアナログ・デジタル変換器と、当該デジタル出力を補償するマイクロプロセッサと、当該補償された出力を伝送する出力回路と、を含んで構成されている。現在のところ、当該伝送は通常、４−２０ｍＡ制御ループといったようなプロセス制御ループを用いて、あるいは無線によって、行われている。

【0003】

こうしたシステムにより測定されるパラメータの一例として圧力があり、当該圧力は静電容量方式の差圧センサの容量を測定することによって検知される。もちろん、当該種類の圧力センサは例示に過ぎず、その他の種類のものを用いてもよい。同様に、圧力は一例としてのプロセス変数に過ぎず、その他の多種多様なプロセス制御パラメータを測定するようにしてもよい。その他のパラメータの例として、ｐＨ、温度、水位（レベル）などがある。従って、目下の説明は圧力センサに関して行うこととするが、当該説明は全く同様に容易に、その他の種類のセンサに関しても成立するものであることが理解されるはずである。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】"Spread-Spectrum Clocking" http://www.ni.com/tutorial/4154/en/ ２００９年１１月２日

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

プロセス変数伝送器はしばしば、様々な種類のノイズを受けることがあり、これによって測定回路の精度に影響が出てしまうことがある。アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータにおける大きなノイズ源として、同期ノイズがある。同期ノイズは、繰り返し実施される変換過程としての、Ａ／Ｄ変換の過程の時間間隔と相対的に同じ時間間隔で発生するノイズである。こうした種類の外乱の例としてマイクロプロセッサの発生するバスノイズがある。Ａ／Ｄコンバータがプロセッサバスと同期する場合、こうした種類のノイズによってＡ／Ｄコンバータの出力にオフセット誤差が発生することがある。

【0006】

様々な種類のプロセス伝送器は、電磁両立性（ＥＭＣ）試験手順を受ける。当該試験手順においては、伝導高周波（ＲＦ）イミュニティ試験で発生させた外乱に対する感受性（susceptibility）が検査される。同期ノイズは、プロセス伝送器がこうした種類の外乱に感受性があることの一つのメカニズムとなっている。

【0007】

こうした種類のＥＭＣ試験手順では、コモンモードの電圧ノイズが伝送器のモジュールハウジングに関連したループ配線に加えられる。当該電圧は、ハウジングとセンサとの間にある寄生容量の結果として、測定回路に現れる。Ａ／Ｄコンバータがセンサ信号をサンプリングする際には、当該寄生容量を通じて結合したノイズもサンプリングしてしまうため、サンプリング周波数における、あるいはその高調波周波数付近におけるノイズがベースバンドに現れ、測定誤差として現れてしまう。こうした種類のノイズのある入力に対するプロセス変数伝送器のシステム応答は、２つの異なるカテゴリとして現れる。第１は広帯域誤差であり、第２は狭帯域誤差である。狭帯域誤差は、次のような場合に発生する。すなわち、センササンプリング周波数又は高調波周波数に一致したものとして、あるいはこれら周波数の近辺周波数におけるものとして、センサのサンプリング回路に対して干渉が入ってくる場合である。この結果として、ベースバンドの非常に低い周波数域（直流に近いあるいは直流）に折り返し誤差が発生する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

プロセス変数伝送器において、センサのサンプリング周波数に一致するクロック信号を用いて、センサ信号をサンプリングする。干渉もまた、センサのサンプリング周波数においてサンプリングする。当該センサのサンプリング周波数における、あるいは当該センサのサンプリング周波数の高調波周波数における干渉が、閾値レベルを超えるか否かの比較判定を行う。超えるとの判定であるならば、クロック信号を変更して、センサのサンプリング周波数が干渉の周波数から離れたものとなるように調整する。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】産業プロセス制御システムを示す簡略化されたブロック図である。

【図2】図１の伝送器をより詳細に示すブロック図である。

【図3】図１，２に示した高調波エネルギー検出器と可変周波数クロック回路との全体的な動作の一実施形態に係るフローチャートである。

【図4】一実施形態に係る可変周波数クロック回路を示すブロック図である。

【図5】図１の伝送器を示すブロック図であって、Ａ／Ｄコンバータをより詳細に示した図である。

【図6】試験結果の例示としての２つの周波数掃引の様子を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

図１は、産業プロセス制御システム５の簡略化されたブロック図である。図１にて、プロセス配管７はプロセス流体を輸送している。プロセス変数伝送器１０は、プロセス配管７に接続されている。伝送器１０はプロセス変数センサ１８を備え、一実施形態において、プロセス変数センサ１８は圧力センサとして構成される。しかし、当該圧力センサとして構成されることは一例に過ぎない。伝送器１０は、例えばプロセス制御室６といったような遠隔地（リモートロケーション）へと、情報を伝送する。当該伝送は２線式制御ループ１１といったようなプロセス制御ループによって行うことができる。当該プロセス制御ループは任意の所望の形式に即したものとすることができる。当該形式の例として例えば、４−２０ｍＡプロセス制御ループや、デジタル信号を伝送するプロセス制御ループや、無線のプロセス制御ループが挙げられる。図１に示す例では、制御室６にある電源６Ａによってプロセス制御ループ１１は電力供給される。当該電力によって、プロセス変数伝送器１０に電力供給がなされる。検出抵抗６Ｂを用いてループ１１を流れる電流を検出することができるが、この他の機構によって電流検出してもよい。

【0011】

図２は、図１に示す産業プロセス制御システム５の一部分を示すブロック図であり、ここでは伝送器１０の詳細が示されている。一例として、伝送器１０は測定回路２２、プロセッサ３２、高調波エネルギー検出器３４及び可変周波数クロック回路５２を含む。測定回路２２はさらに、一例として、サンプリング部２４、アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ２６及び調整部２８（例えば、ローパスフィルタ）を含む。高調波エネルギー検出器３４はさらに、サンプリング部３６、調整部３８及びコンパレータ４０を含む。

【0012】

図２にて、センサ１８は一例においてプロセス変数センサであり、センシングされる対象であるプロセスから入力１４を受け取る。入力１４は一例において（図１に示されている）配管７を流れるプロセス流体であり、センサ１８は一例において圧力センサである。しかし、センサ１８は他の種類のセンサであってもよく、例えばｐＨや、流量や、温度その他を検知するものであってよい。これらセンサ種類のいずれの実施形態においても、センサ１８は一例として、検知されたパラメータを表しているアナログ出力信号２０を、伝送器１０の測定回路２２へと出力する。

【0013】

一実施形態において、信号２０はさらにサンプリング部２４へと送られる。サンプリング部２４は一例において、クロック信号３０で与えられるサンプリング周波数にてセンサ信号２０をサンプリングする。サンプリングされたアナログ信号２０はＡ／Ｄコンバータ２６に送られてデジタル出力へと変換され、当該デジタル出力は調整部２８へと送られ、最終的にはプロセッサ３２へと送られる。調整部２８から出力されるデジタル出力は一例において、センサ１８により出力されたアナログ信号２０のデジタル表現である。プロセッサ３２は連想メモリ及びクロック回路を有し、当該デジタル表現を補償してプロセス制御ループにおいて検知されたパラメータに関する情報を出力することができる。ここで、次のことに注意されたい。すなわち、プロセッサ３２は入力／出力（Ｉ／Ｏ）回路を含んでいてもよく、あるいはＩ／Ｏ回路が個別に設けられていてもよく、当該Ｉ／Ｏ回路がループ１１にデジタル形式又はアナログ形式により、例えばループ１１を流れる電流を制御することによって又はアナログ電圧出力によって、情報を伝送するようにしてもよい。

【0014】

背景技術の箇所において説明したように、伝送器１０のハウジングから伝送器１０の回路へと混入した干渉によって狭帯域誤差が発生することがある。特に、当該干渉は、（その周波数においてセンサ信号２０がサンプリングされるところの）クロック信号３０の周波数の近く又は当該クロック周波数の高調波の近くにおいて、発生するものである。このことから、図２に示す一実施形態においては、伝送器１０は高調波エネルギー検出器３４も含むような構成となっている。

【0015】

高調波エネルギー検出器３４はさらに、サンプリング部３６、調整部３８及びコンパレータ４０を含む。サンプリング部３６は、（ブロック４２として示されている）機器ハウジングからの干渉信号４６を受信するように接続されており、センサ信号２０が測定回路２２によってサンプリングされる際の周波数と同一の周波数において、当該干渉信号４６をサンプリングする。また、図示されているように、サンプリング部３６は、サンプリング部２４へと入力されているのと同一のクロック信号３０を受け取る。当該サンプリングされた干渉信号４６は、サンプリング部３６から調整部３８へと渡される。調整部３８は、一例において増幅及びフィルタリングすることで、あるいはその他の手法によって、干渉信号４６を調整したうえでコンパレータ４０へと出力する。一実施形態では、センサ信号のサンプリング周波数の高調波周波数と同一又はこれに近い周波数における干渉に対して、結果として現れるエイリアス周波数は、５Ｈｚ未満となる。この場合、調整部３８はローパスフィルタとして構成することで、５Ｈｚ未満の周波数の干渉のみを通過させることができる。ただしこれは例示に過ぎず、任意のその他の種類のフィルタや調整回路として構成されてもよい。調整部３８は、干渉が大きな狭帯域誤差を引き起こさないような周波数及び振幅のものである場合には、低い電圧を出力する。また、調整部３８は、干渉が大きな狭帯域誤差を引き起こすような周波数及び振幅のものである場合には、高い電圧を出力する。

【0016】

コンパレータ４０は、調整部３８から入力された電圧を参照電圧と比較する。当該入力電圧が当該参照電圧を超える場合には、コンパレータ４０はトリガ信号を生成して可変周波数クロック回路５２へと出力する。こうして、たとえ干渉が高調波周波数に非常に近いものである場合であっても、コンパレータ４０での当該比較判定をパスさせる（すなわち、コンパレータ４０をトリップさせる）だけの充分な振幅を干渉が持ち合わせていない限りは、コンパレータ４０はクロック回路５２をトリガしない。一実施形態において、干渉が充分な振幅を有しており、且つ、干渉の周波数が高調波周波数から３０Ｈｚ以内にある場合に、コンパレータ４０はトリップされる。干渉が当該条件を満たす場合には、当該干渉は伝送器１０の出力において問題を引き起こすものである可能性がある。従って、コンパレータ４０が干渉信号に充分なエネルギーを検出し、且つ、当該干渉が高調波周波数のうちの一つに近い周波数で発生している場合（例えば、高調波周波数のうちの一つから３０Ｈｚ以内のものである場合）、コンパレータ４０は可変周波数クロック回路５２のラッチ５０にトリガ信号４８を送信する。ラッチ５０がトリガ信号４８によって駆動されると、一例では可変周波数クロック回路５２はクロック信号３０のクロック周波数を変えて、別のサンプリング周波数へと切り替える。当該別のサンプリング周波数は、当初のセンサのサンプリング周波数から少なくとも所与の幅だけは離れたものである。当該切り替え前後の２つの周波数の差は、各サンプリング周波数における測定対象の狭帯域（narrow band of sensitivity；すなわち、測定可能な感度を有することで、測定対象である狭帯域）がオーバーラップしないように選ばれる。例を挙げると、狭帯域の幅が２０Ｈｚであるものとして、可変周波数クロック回路５２がクロック信号３０の周波数を変更する際に、当初のクロック信号３０の周波数から５０Ｈｚ離れた周波数となるように変更する。このように変更すると、２０Ｈｚの幅を幾分かのマージンを持って超えることとなる。しかし、これは例示に過ぎない。

【0017】

より詳細な例示が理解に役立つと考えられ、それは次の通りである。ここで、可変周波数クロック回路５２は２つの個別のクロック周波数の間のみで周波数スイッチングを行うものとする。第１の周波数が４６０ｋＨｚであるものとすると、一例ではクロック信号３０のサンプリング周波数を（例えば２０で割ったクロック周波数として）２３．０ｋＨｚとすることができる。また、第２の周波数が４６２ｋＨｚであるものとすると、一例ではサンプリング周波数を（例えば２０で割ったクロック周波数として）２３．１ｋＨｚとすることができる。ここで、当該２つのサンプリング周波数は１００Ｈｚだけ離れているので、可変周波数クロック回路５２が出力する当該２つのサンプリング周波数においては、少なくとも互いに５０Ｈｚは離れているという基準が満たされていることとなる。

【0018】

図３は、高調波エネルギー検出器３４と可変周波数クロック回路５２との全体的な動作の一実施形態に係るフローチャートであり、これらの動作として、干渉信号をサンプリングすることで、センサ信号２０をサンプリングするのに用いる周波数を変更することを示す図である。最初に、サンプリング部３６は干渉信号をセンサのサンプリング周波数（センサ信号２０をサンプリングするのに用いるのと同一周波数）においてサンプリングする。これは図３のブロック６０として示されている通りである。

【0019】

次に、コンパレータ４０は、干渉信号のうちセンサのサンプリング周波数（又はその複数の高調波周波数）に充分に近い要素の値が閾値レベルを超えるか否かを判定する。これはブロック６２として示されている通りである。否定の判定であった場合、当該処理の流れはブロック６０へと戻り、ブロック６０においてサンプリング部３６の次の処理が継続される。すなわち、サンプリング部３６がセンサ信号２０をサンプリングする際の周波数と同一周波数において、干渉信号４６から干渉をサンプリングするという処理である。

【0020】

また一方で、ブロック６２において、干渉信号のうちセンサのサンプリング周波数（又は高調波周波数のうちの一つ）と同一の要素（又は当該周波数に近い周波数の要素）の値が閾値レベルを超えるという判断をコンパレータ４０が下した場合には、コンパレータ４０はトリガ信号４８を生成して可変周波数クロック回路５２へと出力する。図２に示す実施形態においては、当該トリガがラッチ５０を稼働させ（ラッチさせ）るが、これによって回路５２に対してクロック周波数を変更すべきである旨が指示されることとなる。可変周波数クロック回路５２は代替のクロック周波数への変更を行うことで、信号３０はセンサに対する新規なサンプリング周波数の信号となり、当該信号３０は当該新規な周波数において再び、サンプリング部２４及びサンプリング部３６の両者へと出力されることとなる。従って、サンプリング部３６（ここで干渉信号４６のサンプリングが行われる）は再び、サンプリング部２４（ここでセンサ信号２０のサンプリングが行われる）がサンプリングする際の周波数と同一の周波数において、サンプリングを行うこととなる。以上のようにクロック周波数を変更してセンサのサンプリング周波数を調整することは、図３においてブロック６４として示されている。

【0021】

図４は、一実施形態に係る可変周波数クロック回路５２をより詳細に示したブロック図である。図４では一実施形態として、一例では可変周波数クロック回路５２が論理処理部６６（当該論理処理部６６は、ラッチ５０と同じであってもよいし、別の論理回路要素であってもよい）、電圧制御発振器６８、クロック分周器７０、抵抗器Ｒ１及びＲ２並びにスイッチＳ１を含んでいることが示されている。図４に示す実施形態では、可変周波数クロック回路５２は２つの異なるクロック周波数の間だけで周波数スイッチングを行う。しかしながら、次の点も理解されるはずである。すなわち、様々な異なる３つ以上（among：３つ以上の間で）のクロック周波数の間で選択可能なように、回路５２を構成することも当該示す構成と同様に容易に可能であるという点である。

【0022】

上述のいずれの構成にせよ、論理処理部６６は高調波エネルギー検出器３４からトリガ信号４８を受け取る。当該受け取りがあることは、次のことを意味している。すなわち、信号４６に反映されている干渉がセンサのサンプリング周波数又は高調波周波数のうちの１つに充分に近いものであり、且つ、閾値レベルを超えるものであり、従って、当該干渉は伝送器１０の出力に対して問題を起こすものであると考えられる、ということを意味している。従って、論理処理部６６は、スイッチＳ１に対して、スイッチＳ１の状態を変更させるための信号を出力する。当該時点でスイッチＳ１が開（オープン）状態であれば、スイッチＳ１は閉じられることとなる。また、当該時点でスイッチＳ１が閉（クローズ）状態であれば、スイッチＳ１は開かれることとなる。こうして、抵抗器Ｒ１及びＲ２によって構成される抵抗回路網の構成が変更されることとなり、電圧制御発振器６８へと入力される電圧レベルが変更されることとなる。従って、電圧制御発振器６８の出力信号７４の周波数も変化することとなる。つまり、スイッチＳ１が閉じられている場合には、抵抗器Ｒ２はバイパスされることとなり、電圧制御発振器６８は第１の周波数で出力信号７４を出力することとなる。一方、スイッチＳ２が開いている場合には、抵抗器Ｒ２は抵抗回路網を構成する一部となり、電圧制御発振器６８は第２の周波数で出力信号７４を出力することとなる。ここで、第２の周波数は第１の周波数よりも少なくとも閾値分の間隔だけ離れたものである。一実施形態では、当該閾値分の間隔を約５０Ｈｚとすることができるが、他の値を用いてもよい。

【0023】

図４に示す実施形態において、可変周波数クロック回路５２はさらに分周器７０を含んでいてもよい。当該分周器７０は、電圧制御発振器６８からの出力信号を除算することで、クロック信号３０としてサンプリング部２４及び２６（図２に示す）へと出力する。一実施形態では、分周器７０は電圧制御発振器６８からの出力信号７４の周波数を２０で割る。なお、分周器７０は当該２０以外のその他の任意の値で当該出力信号７４の周波数を割るようにしてもよいし、また、分周器７０は省略されていてもよい。

【0024】

以上より、次のことも理解される。すなわち、以上の説明では可変周波数クロック回路５２がクロック３０に関して、選択可能な２つの異なる周波数のものを出力していたが、当該回路５２は同様にして容易に、３つの又はこれより多い異なる周波数を出力するようなものとしても設計可能である。つまり、図４に示す抵抗回路網に単に抵抗器及びスイッチを追加することにより、及び、論理処理部６６から複数個の出力を得るようにすることにより、又は、複数のロジック回路要素を設けておくことにより（及び例えば、高調波エネルギー検出器３４において複数のコンパレータを設けておくことにより）、電圧制御発振器６８を３つあるいはそれ以上の個別の周波数から選択可能なものとして構成することも可能である。これにより、複数の周波数で構成された干渉信号に起因する誤差を防ぐことを可能とするオプションが提供される。

【0025】

図５は、図２で示したのと類似の伝送器１０のブロック図であり、同様の項目には同様の番号が付与されている。ただし、図５では一実施形態として、Ａ／Ｄコンバータ２６が差動増幅器８０及びシグマデルタ変換器８２を有する構成が示されている。シグマデルタ変換器８２は例として示しているものであり、その他の変換機構を用いるようにしてもよい。

【0026】

図５ではまた、センサ１８が一例において２つの導線８４及び８６を有し、当該導線８４及び８６がそれぞれ入力端子８８及び９０へと接続可能であることが示されている。一実施形態では、端子８８及び９０の間の電圧はセンサ１８によって検知された温度を示すものである。また、次のことも注意されたい。すなわち、センサ１８は一例では追加の端子へと接続される追加の導線を有することで４端子センサであってもよい、ということである。あるいは、これら端子（８８及び９０）に追加の複数のセンサが接続されており、マルチプレクサを用いて測定用の入力信号を選択するようにすることも可能である。しかしながら、当該図示している例に即して、以降の説明においては、センサ１８が２つの導線を有し、それぞれ端子８８及び９０に接続されている場合を例として用いる。

【0027】

図５ではさらに、一例においてプロセッサ３２がセンサ信号の表現に相当する信号をＩ／Ｏ回路９２へと出力することが示されている。Ｉ／Ｏ回路９２は、ループ１１上においてデジタル形式により、又は、ループ１１を流れる電流を制御することによるアナログ形式により、情報の伝送を行う。こうして、（センサ１８が検知することによって）検知されたパラメータに関する情報は、伝送器１０によりプロセス制御ループ１１上に伝送されることとなる。

【0028】

以上より、次のことがわかる。すなわち、可変周波数クロック回路５２は、システムにおけるサンプリング周波数を、外部からシステムに加わる干渉によっても出力に大きな誤差が発生しないような周波数に設定することができる。ここで、閉ループのフィードバックシステムがシステムのサンプリング周波数を制御するのに用いられている。また、高調波エネルギー検出器３４は、システムにおけるサンプリング周波数におけるのと同一のクロックを用いて、干渉信号をサンプリングする。そして、高調波エネルギー検出器３４は、次の場合にトリガ信号を可変周波数クロック回路５２へと送信する。すなわち、干渉における高調波エネルギーの値が、測定値に大きな誤差を発生させうるような値に到達した場合である。可変周波数クロック回路５２は当該トリガ信号を受け取ると、出力周波数を次のような新しい周波数へと変更する。すなわち、変更前の周波数から充分に間隔が離れており、干渉によってももはや、高調波エネルギー検出器（３４）がトリガ信号４８を発生させることがないような、新しい周波数である。一実施形態では、可変周波数クロック回路５２は、２つの互いに離れた周波数の間で切り替えるようにすることができる。一方、当該切り替える周波数の数は２つよりも多数へと拡張することもでき、これによって、好ましくない干渉を防ぐことのできる可能性をより高くすることができる。

【0029】

図６は、次の試験結果を示すものである。すなわち、ベースライン（基準）のシステム（システムのクロックとして単一のサンプリング周波数のみが使われている）と、修正されたシステムとして、高調波エネルギー検出器３４がセンササンプリング周波数において好ましくない干渉を検出した場合に、可変周波数クロック回路５２を用いてセンサのサンプリング周波数を変更するシステムと、の試験結果を示すものである。図６では、誤差が周波数の非常に狭い帯域で発生していることが示されている。ＥＭＣ試験を実際する場合、周波数は広範囲にわたって掃引される。当該掃引の際には、誤差の大きな狭帯域においても非常に短い時間しか費やされない。しかしながら、フィールドアプリケーション（フィールド用途）においては、干渉が周波数の狭帯域において常に存在していることがある。このため、誤差を時間に対してプロットしたものは、非常にゆっくりと変化するオフセット誤差に見えてしまうことがあり、全く狭帯域の誤差には見えないことがある。

【0030】

図６では２つのプロット１００及び１０２が示されている。プロット１００はベースラインシステムのものであり、プロット１０２は可変周波数クロックのシステムのものである。当該図示する一実施形態では、センサのサンプリング周波数は２３．５ｋＨｚである。干渉周波数は２００秒の時間窓（タイムウィンドウ）を用いて２３．４４ｋＨｚから２３．７１ｋＨｚまで掃引される。プロット１００においては２つの線１０４及び１０６が示されているが、これらの線は±１パーセント範囲での誤差のある周波数帯を示すものとなっている。最も高いアナログ誤差は約２３．４９ｋＨｚの周波数において発生しているが、当該周波数は基本サンプリング周波数である２３．５ｋＨｚに近いものである。このような場合、誤差は非常に大きく、４−２０ｍＡプロセス伝送器の出力を飽和させてしまうこととなる。

【0031】

プロット１０２の周波数範囲の掃引を行う前の段階では、センサのサンプリング周波数は２３．５ｋＨｚとなっていた。ここで、高調波エネルギー検出器３４がサンプリング周波数（又は高調波周波数）においてエネルギーを検出すると、可変周波数クロック回路５２はサンプリング周波数を２３．７ｋＨｚへと変更し、結果として当該被検体（device under test）に関して、アナログ誤差の大きさは±１パーセント範囲以内に収まることとなる。５０パーセントを超える範囲で測定値が得られてしまったベースラインのシステムに比べて、クロック周波数可変である当該被検体は１パーセント未満の範囲となる。この結果は、狭帯域におけるＥＭＣの伝導高周波の機器感度（device sensitivity）において比率５０：１を超える誤差低減の効果があることを意味している。

【0032】

本発明は好ましい実施形態に関して説明してきたが、本発明の考え方及び範囲から逸脱することなく、形式及び詳細に変更を加えうることは当業者であれば理解できるはずである。

【符号の説明】

【0033】

１０…プロセス変数伝送器、２２…測定回路、３４…高調波エネルギー検出器、５２…可変周波数クロック回路、３２…プロセッサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】